模擬電子技術(shù) 課件 29 比較器應(yīng)用

模擬電子技術(shù)梁長(zhǎng)垠教授項(xiàng)目五波形產(chǎn)生與變換電路的制作與測(cè)試梁長(zhǎng)垠教授比較器性能指標(biāo)01單限比較器應(yīng)用02窗口比較器應(yīng)用03滯回比較器應(yīng)用04一、比較器性能指標(biāo)1.比較器主要性能指標(biāo)電壓比較器的性能指標(biāo)包括閾值電壓、輸出電平、靈敏度與響應(yīng)時(shí)間等。（1）閾值電壓

閾值電壓指比較器輸出電平發(fā)生跳變的輸入電壓，也稱為門限電壓。（2）輸出電平

輸出電平指輸出電壓的高電平與低電平。（3）靈敏度

靈敏度指輸出電壓跳變前后輸入電壓的差值。差值越小，靈敏度就越高。然而，靈敏度越高，也就意味著抗干擾能力就越差。（4）響應(yīng)時(shí)間

響應(yīng)時(shí)間指輸出電壓發(fā)生跳變所需要的時(shí)間。一、比較器性能指標(biāo)2.比較器的分類按比較器構(gòu)成集成運(yùn)放構(gòu)成的比較器專用芯片構(gòu)成的比較器按比較器閾值電壓與傳輸特性單限比較器窗口比較器滯回比較器一、比較器性能指標(biāo)3.比較器功能描述（3）對(duì)單限比較器，如果閾值電壓為零，則可以稱之為過零比較器，如果閾值電壓不為零，則成為單限比較器。（1）由集成運(yùn)放構(gòu)成的比較器，例如LM324、LM358等，其輸出是推挽結(jié)構(gòu)，高電平接近于電源電壓（一般為VCC-1.5）。（2）由專用比較器芯片構(gòu)成的比較器，例如LM311、LM339等，由于其輸出是集電極開路（OC門）結(jié)構(gòu)，必須在比較器輸出端與電源之間接入上拉電阻，此時(shí)高電平接近于電源電壓。（4）窗口比較器是指具有兩個(gè)閾值電壓輸入的比較器，當(dāng)輸入電壓?jiǎn)畏较蜃兓瘯r(shí)，輸出電壓躍變兩次。（5）滯回比較器是一種具有滯回特性的比較器，也稱為施密特觸發(fā)器，通常也具有兩個(gè)閾值電壓，一個(gè)是輸入電壓從小到大變化過程中使輸出電壓傳輸躍變的閾值電壓，另一個(gè)是輸入電壓從大變小過程中使輸出電壓躍變的閾值電壓，電路具有滯回特性。比較器性能指標(biāo)01單限比較器應(yīng)用02窗口比較器應(yīng)用03滯回比較器應(yīng)用04二、單限比較器應(yīng)用1.單限比較器分類2.反相輸入過零比較器單限比較器過零比較器一般單限比較器過零比較器，其閾值電壓為0V。圖示為反相輸入過零比較器。過零比較器傳輸特性在過零比較器中，集成運(yùn)放工作在開環(huán)狀態(tài)，并工作在非線性區(qū)。在理想情況下：當(dāng)ui>0時(shí)，

；當(dāng)ui<0時(shí)，；。

當(dāng)ui=0時(shí)，輸出電壓發(fā)生翻轉(zhuǎn)。U0m是集成運(yùn)算放大器的最大輸出電壓曲線中的紅色虛線區(qū)域?yàn)楸容^器的不靈敏區(qū)。發(fā)生在輸入電壓非常接近基準(zhǔn)電壓時(shí)，輸出是一個(gè)不確定的值。理想運(yùn)放組成的比較器，不靈敏區(qū)為0。二、單限比較器應(yīng)用2.同相輸入過零比較器在理想情況下：當(dāng)ui>0時(shí)，

；當(dāng)ui<0時(shí)，

。

當(dāng)ui=0時(shí)，輸出電壓發(fā)生翻轉(zhuǎn)U0m是集成運(yùn)算放大器的最大輸出電壓穩(wěn)壓管限幅的過零比較器3.輸出限幅過零比較器在比較器輸出端加上雙向穩(wěn)壓二極管（注意：這里穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值小于集成運(yùn)算放大器輸出的最大電壓值），其中的電阻R為限流電阻。二、單限比較器應(yīng)用4.反相輸入過零比較器應(yīng)用

（正弦波變換成方波）（a）雙電源供電

（b）單電源供電5.同相輸入過零比較器應(yīng)用

（正弦波變換成方波）

（a）雙電源供電

（b）單電源供電二、單限比較器應(yīng)用6.單限比較器電路與輸出特性

在單限比較器中，集成運(yùn)放工作在開環(huán)狀態(tài)，并工作在非線性區(qū)。在理想情況下：當(dāng)ui>UREF時(shí)，

；當(dāng)ui<UREF時(shí)，。

當(dāng)ui=UREF時(shí)，輸出電壓發(fā)生翻轉(zhuǎn)。反相輸入單限比較器與輸出特性同相輸入單限比較器與輸出特性在理想情況下：當(dāng)ui>UREF時(shí)，

；當(dāng)ui<UREF

時(shí)，

。

當(dāng)ui=UREF時(shí)，輸出電壓發(fā)生翻轉(zhuǎn)。二、單限比較器應(yīng)用7.單限比較器應(yīng)用

單限比較器電路輸入輸出信號(hào)波形若輸入為正弦波，基準(zhǔn)電壓為UR，輸出端雙向穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值為UZ，則該電路輸出的波形如圖所示。由此可見，單限比較器可以將輸入的正弦波變換成為矩形脈沖波形（對(duì)過零比較器則可以將正弦波變換成方波脈沖）。比較器性能指標(biāo)01單限比較器應(yīng)用02窗口比較器應(yīng)用03滯回比較器應(yīng)用04三、窗口比較器應(yīng)用1.電路結(jié)構(gòu)對(duì)單限比較器，當(dāng)輸入信號(hào)單方向變化時(shí)，輸出電壓只跳變一次，只與一個(gè)電平進(jìn)行比較。在實(shí)際工作中，有時(shí)需要檢測(cè)輸入模擬信號(hào)的電平是否處于兩個(gè)給定電平之間，此時(shí)就需要兩個(gè)門限電平。窗口比較器又稱雙限電壓比較器，是一個(gè)信號(hào)同時(shí)與兩個(gè)不同的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。2.電路特點(diǎn)當(dāng)輸入信號(hào)處于兩個(gè)門限電平之間時(shí)，輸出為某一電平；當(dāng)輸入電壓處于兩個(gè)門限電壓以外時(shí)，輸出為另一電平。上下門限電壓之差稱為窗口寬度。三、窗口比較器應(yīng)用3.工作原理將輸入信號(hào)ui同時(shí)加到運(yùn)放A1的同相端和A2的反相端，雙限比較器的兩個(gè)門限電壓分別為URH和URL則分別加到比較器A1的反相端和A2的同相端，且URH>URL。當(dāng)輸入信號(hào)ui<URL時(shí)A2輸出高電平；當(dāng)輸入信號(hào)ui>URH時(shí)A1輸出高電平。上述兩種情況下比較器輸出均為高電平，只有當(dāng)URL<ui<URH時(shí)，輸出才為低電平（假設(shè)理想二極管的正向?qū)妷航禐?V）。三、窗口比較器應(yīng)用4.窗口比較器應(yīng)用將PTC熱敏電阻得分也信號(hào)uA同時(shí)加到運(yùn)放A1的同相端和A2的反相端，雙限比較器的兩個(gè)門限電壓分別為UB和UC則分別加到比較器A1的反相端和A2的同相端，且UB>UC。當(dāng)輸入信號(hào)uA<UC時(shí)A2輸出高電平；當(dāng)輸入信號(hào)uA>UB時(shí)A1輸出高電平。

窗口比較器溫度上下限報(bào)警電路上述兩種情況下比較器輸出均為高電平，只有當(dāng)UC<uA<UB時(shí)，輸出才為低電平（假設(shè)理想二極管的正向?qū)妷航禐?V）。用同一個(gè)發(fā)光二極管指示溫度超過上線報(bào)警值或低于下限報(bào)警值的狀態(tài)。比較器性能指標(biāo)01單限比較器應(yīng)用02窗口比較器應(yīng)用03滯回比較器應(yīng)用04四、滯回比較器應(yīng)用1.滯回比較器特點(diǎn)滯回比較器又稱施密特觸發(fā)器，或遲滯比較器，其特點(diǎn)時(shí)當(dāng)輸入信號(hào)逐漸增大或逐漸減小時(shí)，它有兩個(gè)閾值，且不相等，其傳輸特性具有“滯回”曲線的形狀。。2.滯回比較器分類滯回比較器反相滯回比較器同相滯回比較器四、滯回比較器應(yīng)用3.反相滯回比較器電路結(jié)構(gòu)4.反相滯回比較器原理運(yùn)放采用雙電源供電，輸入電壓從反相端輸入，UR為參考電壓。由于輸出端接入限幅穩(wěn)壓管，所以輸出值為±UZ。從輸出端通過電阻R3連接到同相輸入端實(shí)現(xiàn)正反饋。運(yùn)放同相輸入端的轉(zhuǎn)折電壓值有兩個(gè)，分別用UTH1和UTH2表示。當(dāng)輸出電壓為+UZ時(shí)，當(dāng)輸出電壓為-UZ時(shí)，設(shè)某一瞬時(shí)u0=+UZ，通常情況下，輸入信號(hào)都是來自傳感器或其他前級(jí)電路的單極性信號(hào)，當(dāng)輸入電壓ui從0開始增大到UTH1時(shí)，輸出電壓u0發(fā)生翻轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)?UZ；當(dāng)輸入電壓ui減少到UTH2時(shí)，輸出電壓u0再次發(fā)生翻轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)?UZ，其傳輸特性如圖所示。四、滯回比較器應(yīng)用4.反相滯回比較器原理UTH1稱為上門限電壓，UTH2稱為下門限電壓，兩者之差稱為回差電壓，用ΔUTH表示，可見，門限寬度的值取決于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓以及電阻R2和R3的值大小，與參考電壓UREF無關(guān)。改變參考電壓UREF的大小可以同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)門限電平的大?。ㄔ跈M坐標(biāo)上左右移動(dòng)的位置），但兩者之差不變。若比較器輸出的高、低電平分別為U0H、UOL，則四、滯回比較器應(yīng)用5.同相滯回比較器電路結(jié)構(gòu)6.同相滯回比較器原理運(yùn)放采用雙電源供電，輸入電壓從同相端輸入，UR為參考電壓。